Точный расчёт и схема подключения УЗО, полное руководство

— Как правильно рассчитать и подключить УЗО
— Расчёт тока утечки, выбор номиналов
— Примеры

аватар автора
Эксперт MyFuseBox
40856 12 декабря 2022

УЗО - наиболее сложный для понимания элемент домашнего электрощита, в этой статье мы на примерах покажем, как как любой новичок сможет грамотно рассчитать и подключить УЗО. Мы не будем вас грузить электротехникой, углубляться в чрезмерную науку и препарировать устройство под микроскопом, а разберёмся в самом практичном.

Вы узнаете о главных параметрах и принципе работы защиты, научитесь проводить расчёт УЗО на группу автоматов и напрямую для потребителя, чтобы реализовать самую жизненно важную функцию УЗО - защиту человека от поражения электрическим током, как организовать эту защиту, как правильно рассчитать УЗО и как его правильно сочетать с автоматическими выключателями.

Никаких особых знаний от вас не потребуется, то что вы читаете этот материал уже говорит о том, что у вас достаточно знаний чтобы разобраться в самом главном и понять, как выбрать УЗО правильно.

Сразу определим, что вопроса ставить или не ставить УЗО сегодня просто нет - определённо ставить и не одно. Это понятно, идём дальше.

Принцип действия вкратце, если кто-то совсем не знает

Специальный механизм в УЗО сравнивает ток по схеме “пришло-ушло”. Вот несколько пояснений, что именно сравнивает и как, потому что это очень важно понять:

Что такое “пришло-ушло-вернулось”

Есть два питающих проводника, которые часто называют плюсом и минусом, фазой и нулём. При подключении потребителя потенциал переносится от одного проводника к другому, проходя через потребитель, тем самым питая его. Можно измерить сколько пришло в потребитель и сколько ушло - это разница токов двух проводников. Вот как раз эту разницу и измеряет специальный чувствительный механизм УЗО.

Поэтому можно сказать так: механизм в реальном времени измеряет сколько электричества прошло “до” или “от” потребителей по фазному проводнику и сколько по нулевому.

Ну и чтобы быть совсем точным, то УЗО измеряет разницу не только по конечному потребителю, а сколько вообще прошло электричества по проводам сразу после выхода из УЗО, ведь пока электричество дойдёт до потребителя, оно проделает извилистый путь по проводам, соединениям, распаячным коробкам, клеммам, гильзам, розеткам и т.д. В любом месте пути может образоваться утечка, которую УЗО зарегистрирует.

Так что мы считаем зоной зответственности УЗО всё, что находится сразу после выходных клемм этого самого авто выключателя дифференциального тока. Это, кстати, ещё одно из названий УЗО - коротко АВДТ.

Следующий важный момент: УЗО никак не реагирует на перегрузку и короткое замыкание, в этих случаях оно работает пока не выйдет из строя - сгорит, расплавиться, что угодно. Главное тут - УЗО не защитит от сверхтока, не в этом его задача.

Поэтому в электрощите УЗО всегда сочетается с автоматическими выключателями, вот последние как раз и нужны для отключения линии при перегрузке или коротком замыкании. На перегрузке мы ещё остановимся далее подробнее, это важно.

И вот оно, самое главное - дифференциальный ток

Это разница между тем, что прошло по одному выводу устройства и по другому. Если эта разница есть, а её величина уже в диапазоне отключения, то УЗО разомкнёт цепь. Уставка УЗО, т.е. ток реагирования, он же номинальный дифференциальный ток, определяет величину утечки, при которой произойдёт отключение.

Утечка в 30 мА - это верхний предел УЗО для того, чтобы защитить человека.

Когда утечка есть, а отключения нет

Есть такой параметр “неотключающий дифференциальный ток” и равен он половине тока уставки, т.е. при токе до 0.5 от уставки УЗО не отключает линию, а будет срабатывать в диапазоне от 0.5 и до номинального отключающего.

Утечка в сети есть всегда

Она складывается из утечек в нагрузке (подключённый прибор) и утечек проводки. В любой сети есть естественные фоновые токи утечки и утечка, прямо пропорциональная нагрузке, регистрируемые механизмом УЗО, поэтому кроме выбранной уставки нам нужно учитывать максимальную мощность нагрузки защищаемой линии.

Суммарная утечка сети = фоновая утечка + утечка нагрузки

Обратите внимание, что для того, чтобы УЗО сработало, совсем необязательно, чтобы в сеть что-то было включено. Даже при отсутствии нагрузки УЗО начеку и готово сработать при появлении разницы на контактах.

Сценариев срабатывания может быть много

Самый очевидный — это когда каким-то образом фаза попала на токопроводящий корпус бытового прибора, включённого в сеть. Опять же, статья не научная, и мы не будем вдаваться в детали разницы потенциалов (когда она есть, когда нет, что там с заземлением корпусов и т.д.) и прочей электротехнической науки. Достаточно понимать, что прикосновение к таким предметам может в разных случаях оказаться либо едва заметным, а может быстро вырасти от пощипывания до настоящего удара, вплоть до летального исхода.

Кроме этого проводка может получить повреждения в любом месте. Со временем ли, или одномоментно, но ток может начать утекать туда, куда не должен. И вот для всех таких случаев и создано УЗО, которое в реальном времени измеряет эту утечку и реагирует в тот момент, когда пора отключать линию (момент задаётся уставкой, как вы знаете). Механизм делает это очень быстро.

УЗО измеряет утечку проводки

Расчёт номиналов УЗО

Как уже упоминалось, номинал по диф. току в 30 мА - это максимальное значение уставки для защиты человека от поражения током, всё, что выше, не защищает человека. Во влажных помещениях или для “влажных” приборов (тех, что работают во влажной среде или совсем рядом) нужно ставить УЗО с уставкой ещё меньшей - 10 мА, правда и линия должна быть отдельной, не совмещённой ни с какими другими устройствами. Дальше поймете почему.

Итак, формулы! Начинаем считать, например, у нас есть стиральная машина, её максимальная мощность по документам 2000 Вт. Мы хотели бы подключить стиралку к УЗО на 10 мА, т.к. она будет находится в ванной комнате, а это зона повышенной влажности, а значит опасности. Поэтому мы хотим поставить УЗО повышенной чувствительности.

Нам нужно посчитать суммарный ток утечки всей линии. Для этого надо суммировать ток утечки электроприёмника (да, так называются наши стиралки, кондиционеры, плиты, холодильники и всё, что подключено к сети) и утечку самой сети.

Делается это так:
на 1 А тока нагрузки потребителя будет 0,4 мА утечки, а ток утечки сети — 10 мкА на 1 м длины фазного провода.

Давайте посчитаем на примере стиральной машины:
Сила тока при максимальной паспортной мощности: 2000 Вт / 220 В = 9.09 А
Утечка самой машинки: 9.09 А x 0.4 мА = 3.636 мА
Предположим, что длина проводки от щитка до стиралки 10 метров

Утечка линии:
10 м * 0.010 мА (это 10 мкА) = 0.1 мА
Суммируем: 3.636 мА + 0.1 мА = 3.736 мА

Итоговая суммарная утечка получена — 3.736 мА, а как это соотнести с УЗО?

Правила гласят, что номинальный ток утечки (ток срабатывания) УЗО должен быть в 3 раза больше суммарной утечки защищаемой линии. У нас получается, что 3.736 мА * 3 = 11.20 мА

Получается, что согласно правил, наша желаемая уставка в 10 мА не проходит проверку и надо брать следующую ступень - 30 мА. Строго формально расчётное значение не проходит, но это может быть так только на первый взгляд. Вся формула очень чувствительна к мощности прибора. Наши 2000 Вт - это максимальная мощность, на которой устройство может и не будет работать, в конце концов это зависит от того, в каком режиме использовать устройство. Подставьте в формулу мощность в 1800 Вт и она практически проходит проверку.

Рассчитывая проводку, стоит представлять реальные условия эксплуатации. Чтобы лучше понимать максимальную мощность, которую вы принимаете для своих расчётов, нужно понимать из чего она складывается внутри устройств. Конкретно в стиральной машине основные потребители это: электродвигатель барабана и нагревательный элемент. От разных режимов работы зависит и потребляемая мощность.

Споры про 10 мА

Насчёт необходимости 10 мА многие спорят, есть правила, регламенты, опыт мастеров, однако, есть просто базовая математика и логика - если результаты расчётов позволяют использовать УЗО со значением тока утечки 10 мА, то надо ставить.

Бывает очень старая проводка, где естественные токи утечки такие, что УЗО на 10 мА будет постоянно срабатывать и докучать жильцам. Это ещё называют ложными срабатываниями, хотя тут нет лжи, это принцип действия УЗО, просто в быту такие срабатывания вызывают неудобство и человек называет отключения ложными. В итоге в рекомендации использовать номинал 10 мА мы исходим из того, что у нас будет новая качественно сделанная проводка и на заданной линии не висит ничего постороннего, кроме целевых потребителей — объектов расчётов.

Расчёт утечки для групповых УЗО

Это был простой пример с одним потребителем, но на практике вы захотите защитить все устройства от утечек максимально, кроме одиночных у вас будут и групповые линии, совмещающие несколько розеток и даже нескольких помещений. Они будут подключены к отдельным автоматам и в этом случае для распределения всей нагрузки по групповым УЗО нужно будет просчитывать пределы этих групп по нагрузке, проходящих проверку трёхкратной утечки. В этом и есть грамотный инжиниринг электрощита.

Вот так было бы идеально — защитить каждую отходящую линию отдельным УЗО + автомат. Но это будет очень дорого по деньгам, займёт много места в электрощите и к тому же это избыточно чисто по расчёту утечки всех линий.

схема УЗО на каждый автомат

А вот так будет лучше:

Грамотно, экономно, компактно, но потребует расчётов, чтобы распределить линии на группы и защитить именно их — по одному УЗО на группу автоматов.

схема групповых УЗО с автоматами

Как решать такие задачки с групповой утечкой максимально быстро и точно

В нашем сервисе myfusebox можно создать виртуальные помещения и наполнить их разной нагрузкой. Система уже знает все особенности приборов и формулы для расчётов. Все вышеперечисленные расчёты вы можете в несколько кликов сделать в нашем визуальном калькуляторе. В итоге получите чёткие группы, разбитые по возможности объединять друг с другом и по суммарной мощности. Хотите, посчитаете только на 30 мА, а хотите, сделаете проект на 30 и 10 мА, алгоритмы знают про влажные помещения и приборы повышенной опасности.

визуальный редактор myfusebox

Номинальный ток работы УЗО - ещё один важный параметр

Идём дальше, предположим, что мы определились использовать дифференциальный номинал 10 мА, но у УЗО ещё есть и номинальный ток работы - максимальный ток, при котором УЗО гарантирует работоспособность. Мы можем взять УЗО на 16 А, а может надо больше, как это понять? Разбираемся.

Номинальный ток УЗО — это ток, который может длительно протекать через устройство без его выхода из строя, с сохранением отключающей способности.

Так как в примере мы можем подключить в линию только стиралку, то в цепи рядом с УЗО будет только один автомат на 16 А. Почему именно на 16 - это отдельная статья. Для быстрого понимания: на освещение мы всегда ставим автоматы на 10 А, на обычные розетки - 16.

В этой связке мы не можем установить УЗО на 16 А, только на 25 А. Дело тут в особенностях автоматических выключателей, которые называются ВТХ (время-токовые характеристики). Без их детального разбора нам главное знать, что автомат, который отключает цепь при перегрузке или коротком замыкании имеет некоторый диапазон перегрузок, в пределах которого автомат будет какое-то время терпеть без моментального отключения.

Например, автомат типа C (у вас будет именно такой) может длительно пропускать через себя ток в 1.13 от своего номинала без отключения. В диапазоне 1.13 - 1.45 автомат начинает срабатывать, причём при превышении тока на 45% от номинала время срабатывания составит целый час. В нашем примере это значит, что при разгоне тока до 23 А вместо 16 автомат не будет отключаться 60 минут. Это не пойдёт на пользу УЗО на 16 А, а вот если номинальный ток УЗО будет 25 А, то всё в порядке.

Вы можете задать вопрос: если в выборе уставки со стиралкой мы еле-еле проходим по максимальную мощность устройства, то чего переживать за превышение тока? Ну превысит он 16 Ампер, какая разница, если наши 9 А от стиралки уже на границе отключения УЗО? По всей видимости, ток не успеет возрасти настолько, чтобы причинить вред УЗО, ведь оно отключится ещё раньше.

Может быть и так, но уставка может быть 30 мА, а автоматов в защищаемой линии больше одного, в этом сценарии ток может быть 20 А, но по уставке пока всё ещё нет отключения, зато УЗО уже вне режима нормальной работы.

Выбор номинала групповых УЗО

Представим, что мы защищаем не стиральную машину, а розетки в квартире. Деление всех потребителей на группы в рамках квартиры это тема отдельной статьи, сейчас мы представим, что планируем повесить все розетки в квартире на одну линию, наш предварительный подсчёт всей нагрузки привёл к тому, что УЗО на 30 мА не проходит и точно будет отключаться без веской причины. Нужно делить розетки, например, по комнатам.

В итоге отдельные группы проходят тест для защиты на 30 мА. Таким образом мы видим, что одно УЗО может защищать целую группу, а не отдельные устройства, а автоматический выключатель для этих потребителей будет не один, а несколько, как для удобства соединения, так и для удобства эксплуатации. Например, под одним УЗО будут 2 автомата: на комнату 1 и комнату 2. Их может быть и больше, это вопрос комплексного проектирования.

Поэтому правило такое:
номинальный ток УЗО должен выбираться на ступень выше суммы всех номиналов стоящих следом автоматов, несколько ли их или один, не важно. При этом не имеет смысла выбирать УЗО с номиналом выше вводного автомата.

Про дифавтомат

Это устройство, совмещающее в себе функцию дифференциальной защиты и защиты от сверхтоков, его маркировка несколько отличается от УЗО - рядом со значением номинального тока есть буквенное обозначения типа срабатывания, чаще всего в быту это будет “C”. Дифавтомат заменяет собой связку УЗО + автомат, это бывает удобно и экономит место в щитке, но в случае срабатывания мы точно не будем понимать причину.

УЗО и нулевой проводник

Не забываем, что в УЗО на вход приходит фаза и ноль, на выходе фаза распределяется на один или несколько автоматов, а нулевые проводники отходящих на потребители линий соединяются с нулевым выходом УЗО с помощью нулевой шинки, ну или напрямую в УЗО если у нас один автомат. Иначе схема защиты не будет работать, это очень важно для корректного мониторинга дифференциальных токов.

На изображении выше вы видели, как распределяется ноль после группового УЗО

Дополнение к формуле расчёта

Если вы просчитываете групповые линии, например, на те же розетки для комнат, то предусматриваете максимально возможную нагрузку на розетки. При этом нужно понимать, что в жизни вряд ли будут ситуации, когда во всех комнатах всё будет включено и при том на полную мощность. Поэтому в расчётах нужно использовать некоторый коэффициент для уменьшения суммарной мощности. Можете продумать сценарии использования, сделать это досконально, либо простым делением суммы на два, это на усмотрение проекта, в котором все детали будут видны, универсального ответа тут нет.

Ещё вы должны знать о реактивной составляющей. Некоторые устройства с электродвигателями в момент включения могут повышать ток линии значительно. Это различные компрессоры (тот же холодильник), помпы и двигатели. Тут тоже нет универсального совета, но подбирать номиналы для таких линий впритык не стоит, т.к. могут быть ложные срабатывания при старте. Часто коэффициент реактивной нагрузки принимают за 1.3

Вот в этой статье мы подробно разбираем как посчитать мощность линий с учётом коэффициентов и других параметров.

Противопожарные УЗО

Напоследок о противопожарных УЗО, это устройства дифференциальной защиты с током утечки 100 или 300 мА. Они служат для предотвращения возгораний неисправной проводки, в том числе внутри электрощита и вводного кабеля. Высокое значение уставки рассчитано именно на такую нештатную утечку, которая может являться предвестником возгорания. Ставим противопожарное УЗО для небольшой квартиры с уставкой 100 А и радуемся, также можно выбрать уставку 300 мА. Противопожарное УЗО защищает весь электрощит, поэтому устанавливайте его в верхней точке дерева распределения на группы, а фазный и нулевой выходы этого УЗО будут распределяться на входы групповых УЗО.

противопожарное УЗО на схеме

Вот вы и научились правильно рассчитывать уставку и номинальный ток УЗО, а главное точно подбирать характеристики с пониманием процесса.

В сервисе myfusebox вы можете сделать все расчёты за несколько секунд, у нас там алгоритмы, которые уже знают все аспекты и коэффициенты, работы на два клика. Какие номиналы выбрать, как соединить, все нюансы электрощита — просто зарегистрируйтесь и поиграйтесь с УЗО и нагрузкой.

MyFuseBlog — это сборник статей сервиса по созданию электрощитов MyFuseBox

Тут мы публикуем статьи, которые наши эксперты пишут специально для тех, кто планирует самостоятельно сделать электропроводку и собрать электрощит.